气候变化对作物生产潜力的影响研究进展

作物生产潜力的研究对提高作物产量、评价地区粮食的生产能力和人口承载能力,以及为合理进行农业生产规划提供依据。气候变化（包括温度、降水、日照时数等）和极端天气（如干旱、洪涝和暴风雨等）已经对农业产生了深刻的影响。综述了目前国内外气候变化对作物生产潜力的影响的研究方法,以及气候变化对中国小麦、水稻、玉米等主要粮食作物的生产潜力的影响,分析了目前研究中存在的问题与展望,以期为提高中国主要粮食作物的生产潜力和适应气候变化提供理论依据。     

气候变化对中国农业的影响

从种植制度、作物生产潜力、作物产量、气象灾害以及病虫害等方面阐述了气候变化对中国农业的影响．分析了应对气候变化的对策,并对未来研究作出展望。     

日喀则气候变化对青稞生产潜力和增产空间的影响分析

气候变化直接影响作物生长,西藏生态条件脆弱,农业生产适应能力差,受气候影响更大。日喀则是西藏最大的青稞生产基地,近年来对青稞气象环境的研究,也在很大程度上提高了青稞的产量。本文通过分析日喀则气候及其变化对青稞生产潜力和增产空间的影响,理清日喀则气候变化对作物生长的影响,进而为作物增产提供可行性和有效性的措施。     

近50年中国东北地区气候变化对农业的影响

在回顾中国学者关于东北地区气候变化及对农业影响研究成果基础上,系统概括分析了近50年东北地区农业气候资源和灾害的变化特征及气候变化对农业的影响特征。近50年东北地区升温明显,生长季热量资源增加;农业可用水资源和光能资源呈不同程度减少趋势,且时空分布不均。霜冻害、低温冷害、寒潮、洪涝、冰雹等农业气象灾害减少,旱灾增加。东北地区气候变化对农业影响总体有利,表现为作物适宜生育期延长,发育进程加快,全生育期缩短;积温增加且积温带北移东扩明显,主栽作物适宜种植区域扩大;作物品种由中晚熟替换早中熟;作物种植格局的变化为玉米、水稻、马铃薯等喜温作物种植面积扩大,春小麦种植面积减小。在水分为非限制因子的农区,作物气候生产潜力和产量为增加趋势。气候变化对农业影响的研究存在较大的不确定性,有必要针对农业气候变化及其对农业影响等开展系统性研究。     

松嫩平原作物气候生产潜力分析及其气候变化响应

根据松嫩平原1951-2005年36个气象站的历史资料,分析了近44年温度、降水的年际变化特征,采用机制法,计算了松嫩平原农作物的气候生产潜力。在MAPGIS、SAS的支持下,探讨了农作物气候生产潜力的时空变化规律,分析了气候变化对气候生产潜力的影响,建立了气候因子与作物气候生产潜力之间的回归模型。     

青海湖地区耕地资源生产潜力及可持续利用分析

利用逐步订正等方法,结合本地区自然、社会和经济统计资料,对青海湖地区耕地资源不同层次作物生产潜力、潜力总量进行了估算,分析了青海湖地区影响作物生产潜力的限制因子。结果发现,热量和水分因子是青海湖地区影响作物生产潜力的主要因子,现有耕地的最大粮油生产潜力总量为12165165kg。在此基础上计算了各层次的耕地生产潜力利用率,对影响该地区耕地生产潜力的因子进行分析。最后提出了青海湖地区实现耕地生产潜力可持续利用的对策。     

宁夏农业生产潜力模型建立

根据已建立的作物生产潜力模型,对宁夏主要农作物生产潜力进行了计算,并分析了影响作物现实生产力的因素。结果表明,宁夏小麦、玉米现实生产力分别达到了气候生产潜力的52%、67%,平均为59.5%,说明各作物的现实生产力还有较大的提高空间;在可控环境因素中,水分对作物气候生产潜力的影响最大,温度次之。     

气候变化对喀什市粮食产量的影响

利用1971—2007年气象资料及相关统计数据,以喀什市为研究区域,运用主成分分析法,定量分析气候变化对粮食产量的影响。研究表明:粮食产量变化波动中上升;气候生产潜力偏低,自然因素在粮食增产中的影响比重越来越高;降水稀少、蒸发旺盛成为限制作物增产的主要因素。     

作物生产潜力订正对耕地自然质量等别的影响——以云南省陆良县3种指定作物为例

作物生产潜力是评定耕地质量等别的重要因素,但是能提供生产潜力数据的气象站点有限,因此,对气象站点处的生产潜力值进行订正,以获取气象站点未覆盖区域的生产潜力值便显得尤为重要。以云南省陆良县为例,通过对云南省气象站点提供的3种指定作物生产潜力值进行克里金插值订正,获得了陆良县气象站点以外区域的3种指定作物生产潜力值,并运用对比分析法,探讨生产潜力值的订正对耕地自然质量等别的影响。结果表明,采用克里金插值方法订正的作物光温和气候生产潜力值较订正前变化较大,对耕地自然质量等别有一定的影响,耕地自然质量水平有所降低。订正后的作物生产潜力值更加精确,可以提高耕地质量等别的科学性、准确性和实用性。     

宁夏沙坡头区气候变化对玉米产量及生产潜力的影响

基于全球性气候变化，以宁夏沙坡头区为研究区域，根据沙坡头地区1990-2019年玉米农业气象数据和产量数据，采用线性回归、主成分分析和Thornthwaite Memoriae模型分析沙坡头地区长时间序列气候变化背景下玉米产量和气候生产潜力。结果表明：近30年来，沙坡头地区玉米平均气温和蒸发量均有显著增减，而降水量和日照时数均呈不同程度波动上升；玉米同期总产量呈现非常显著的上升趋势，每年增产105.68 kg·hm^-2，气候生产潜力以每10年36.87 kg·hm^-2呈波动上升趋势的线性倾斜；影响玉米产量的主要气候因素是温度、水分和日照；未来气候变化对玉米气候生产潜力有重大影响，“暖湿型”和“冷湿型”气候有助于提高玉米产量，而“暖干型”和“冷干型”气候不利于玉米的生长，其中降水变化对玉米气候生产潜力的影响作用比温度更大。因此，我们应该大力推进智慧农业发展，合理调整作物的区域分布以适应气候变化，以期获得玉米增产增收。     

气候变化对黄淮海地区冬小麦光温生产潜力的影响

[目的]研究气候变化对黄淮海地区冬小麦光温生产潜力的影响,为应对气候变化提供理论依据。[方法]基于黄淮海地区51个气象站点的1971～2006年的逐日气象数据,以WOFOST模拟冬小麦的光温生产潜力,借用ArcGIS软件,研究光温生产潜力的时空变化。[结果]研究时段内,黄淮海冬小麦光温生产潜力整体呈增加趋势,然而不同区域的趋势不一致。不考虑20世纪80年代冷湿气候的影响,河北西北部和南部、河南东南部及环渤海湾地带的光温生产潜力呈上升趋势;冀东、京津和鲁中地区的光温生产潜力呈下降趋势;河南西部和北部的光温生产潜力20世纪80、90年代连续下降,进入21世纪初后大幅上升。[结论]气候变化整体上有利于光温生产潜力的提高。     

全球气候变化对中国种植制度可能影响分析Ⅲ.中国北方地区气候资源变化特征及其对种植制度界限的可能影响

【目的】在全球气候变化背景下,分析中国北方地区的热量和降水资源变化特征,以及北方地区农业气候资源和种植制度界限变动情况。【方法】基于中国北方地区14个省(市、自治区)308个气象台站地面观测资料,综合分析热量和降水资源的年际和空间变化趋势。结合中国种植制度气候区划指标,分析从1950s—1980年和1981—2007年种植北界的空间位移情况。在种植制度北界变化敏感地带选择典型站点,运用作物生产潜力逐级订正法计算由一年一熟春玉米、春小麦及冬小麦种植模式改变为一年两熟冬小麦-夏玉米种植模式导致的作物生产潜力变化。【结果】(1)中国北方地区气温普遍升高,≥0℃积温带北移西扩,温度上升的累积效应十分明显,≥0℃积温为每10年升高65.5℃。年降水量呈带状分布,由东南向西北减少,全区年降水量呈减小的趋势,年降水量每10年变化-90—23mm,平均为每10年减少10.6mm。(2)在热量和降水共同影响下,北部中高原半干旱凉温作物一熟区(Ⅱ)面积减少,东北西北低高原半干旱温凉作物一熟区(Ⅲ)在东北地区面积增加,而在西北和华北地区面积减少,东北平原丘陵半湿润温凉作物一熟区(Ⅳ)面积增加,黄淮海水浇地二熟旱地二熟一熟区(Ⅵ)向北移动,总体而言北方地区东北部种植界限空间位移显著,而西南部变化不明显。(3)在种植制度北界变动的敏感地带,作物生产潜力明显改变:在东北平原丘陵半湿润温凉作物一熟区变化为一年二熟区,作物生产潜力增加1979kg.hm-2,相当于单位面积土地周年产量增加15.3%;在东北西北低高原半干旱温凉作物一熟区改变为一年二熟区,作物生产潜力增加7912kg.hm-2,相当于单位面积土地周年产量增加155.2%;在东北西北低高原半干旱温凉作物一熟区春小麦种植改变为春玉米,作物生产潜力增加2873kg.hm-2,相当于单位面积土地周年产量增加51.7%。【结论】全球气候变化背景下,研究区域内≥0℃积温增加,年降水量呈减少的趋势,种植界限敏感区域种植北界明显北移西扩,种植界限变化敏感区域内因种植模式改变带来单位土地面积周年作物产量增加。     

气候条件及其变化对长江三角洲水稻温度适宜性和生产潜力的影响(英文)

提出了作物温度适宜性评价函数和生产潜力计算模型,并在田间试验和统计分析的基础上,确定了水稻的相关参数,分析了气候条件及其变化对长江三角洲地区水稻生育期温度适宜性和生产潜力的影响。结果表明,由于气候变化,特别是温度条件的变化,使得早稻移栽分蘖期和灌浆成熟期、晚稻抽穗开花期和灌浆成熟期的温度条件有了很大改善, 从温度适宜性评价的平均值变化来看,1981～1997年分别比1951～1980年提高了11.1%,5.2%,13.4% 和13.2%。从生产潜力来看,除了早稻光温生产潜力有明显增加外,早稻光能生产潜力和晚稻的光能、光温生产潜力均呈下降趋势,但是自80年代以来,生产潜力的下降趋势减弱。     

宁夏中部干旱带气候变化及其对春玉米气候生产潜力的影响

根据宁夏中部干旱带盐池县、同心县和海原县气象站1961—2011年平均气温和降水量资料,分析该区域气候变化特征和规律,应用Miami和Thornthwaite Memorial模型探讨该区域春玉米生产潜力及其变化特征,并深入研究气候变化对春玉米气候生产潜力的影响。结果表明:1)研究区气候呈气温明显升高、降水波动减少的"暖干型"趋势变化。2)春玉米温度生产潜力呈逐年增加,降水和气候生产潜力呈波动中减少的趋势。3)研究区春玉米气候生产潜力平均值为5 037kg/(hm2·年),气候生产潜力与年平均降水量有着极其显著的线性相关,与年平均气温没有明显的线性相关,表明降水条件是制约研究区春玉米气候生产潜力的关键因子。未来气候变化显著影响着春玉米气候生产潜力,其中降水量变化对春玉米气候生产潜力的影响远大于气温变化的影响,降水的多少及变率对其限制作用将更明显。因此,应大力发展农业技术,合理安排农作物布局来适应气候变化,以保证春玉米产量和品质。     

黑龙江省西部作物生长季降水变化规律的小波分析

近年来,由于受到全球气候变化的影响,黑龙江省西部半干旱区旱情越来越严重,严重影响农业生产。因此,黑龙江省西部农业生产的稳定发展面临巨大的挑战。为解决上述问题,以甘南县为例,应用小波理论对该县实测作物生长季降水时间序列的多时间尺度变化特征及突变特征进行分析,揭示该区作物生长季降水变化的主要周期及旱涝变化趋势,为甘南县乃至黑龙江省西部农业生产充分利用天然降水和挖掘作物水分生产潜力提供科学依据。     

青藏高原高寒区青稞光温生产潜力和产量差时空分布特征及其对气候变化的响应

【目的】探讨有气象数据记录以来1977—2017年青藏高原青稞生长季内气候变化,以及对青稞光温生产潜力和产量差的影响。【方法】基于青藏高原农气资料,校正DSSAT-CERES-barley模型,模拟过去40年间青藏高原青稞生育期长度及光温生产潜力,并结合实际统计产量计算产量差,通过数理方法解析气候变化对其影响情况。【结果】(1)青藏高原多数站点过去40年间青稞生长季内温度、降水呈显著上升趋势,太阳辐射量呈下降趋势,且林芝站达到显著水平,与增湿相比增温趋势更加明显;(2)在播期和品种不变的情况下,过去40年青稞生育期长度显著缩短,引起不同站点下降的主要气候因子不同,高海拔站点主要由平均最高气温升高所致,低海拔站点主要由生育期内平均温度升高导致有效积温增加所致;(3)青藏高原青稞光温生产潜力受海拔影响,3 500 m左右的高海拔站点光温生产潜力高且稳定,如山南站平均光温生产潜力最高可达12 000 kg·hm-2。3 000 m左右的低海拔站点光温生产潜力低,平均在6 000 kg·hm-2,且易受气候变化影响,高海拔站点光温生产潜力对太阳辐射更敏感;(4)青藏高原在过去30年间由于实际产量增加,导致绝对和相对产量差都呈减小趋势,平均相对产量差由58.2%缩小至34.5%,但缩小幅度放缓,2007—2017年拉萨和日喀则站点平均相对产量差最低,小于25%。【结论】青藏高原不同站点光温生产潜力差异较大,高海拔站点青稞光温生产潜力显著高于低海拔站点,过去40年气候变化导致低海拔站点光温生产潜力波动大,而高海拔站点较为稳定。由于品种改良和栽培管理水平提高,过去30年青藏高原产量差逐渐缩小,但除拉萨和日喀则外,其他站点产量差仍较大,未来有较高的增产潜力。     

辽宁省坡耕地作物生产潜力研究

采用机制法对辽宁省坡耕地的玉米、高粱、大豆三种主要作物生产潜力进行了估算,并分析了影响该地区现实生产力的主导因子。研究结果表明,坡耕地上作物的生产潜力玉米为6 935 kg/hm2,高粱为5 920 kg/hm2,大豆为5 627 kg/hm2。在可控环境因子中,坡度对作物生产潜力的影响最大,其次是温度和水分因子。     

气候变化对沧州地区冬小麦产量潜力的影响

本研究利用DSSAT V4.5模型模拟近50年来沧州地区冬小麦光温生产潜力、气候生产潜力及其在实际水肥条件下可获得产量的变化情况,分析沧州地区近50年的气候变化特征及气候变化对冬小麦产量潜力的影响,旨在为分析气候变化对黄淮海平原冬小麦生产系统的影响提供方法和思路。结果表明:1)近50年来沧州地区冬小麦生育期内平均温度呈极显著上升趋势,平均日照时数和太阳辐射呈减少趋势,平均降雨量呈不显著减少趋势,但降雨分布发生了季节性转移。2)冬小麦的光温生产潜力近50年呈减少趋势,平均每年减少17.94kg/hm2;气候生产潜力和可获得产量均呈增长趋势,平均每年分别增长31.02和3.62kg/hm2;实际产量呈极显著增长趋势,平均每年增长100.85kg/hm2。3)光温生产潜力和气候生产潜力之间的产量差呈不显著减少趋势,气候生产潜力和可获得产量之间的产量差呈不显著增长趋势,可获得产量和实际产量之间的产量差呈极显著减少趋势。4)气候因素的变化对冬小麦的生长和产量产生了明显影响,其中温度增加对冬小麦生长影响较为复杂,不同时期温度变化对冬小麦生长影响不同,总体呈负面影响;平均日照时数和太阳辐射的减少是冬小麦产量潜力降低的主要原因;平均降雨量的变化对冬小麦生长有利,气候变化的综合影响使冬小麦的生育期极显著缩短,开花期和成熟期极显著提前。因此,气候变化对沧州地区冬小麦的生产和产量潜力影响具有一定的复杂性,可以通过优化水肥管理措施来抵消气候变化产生的负效应。     

基于AquaCrop模型的小地区气候变化对小麦产量的影响

为了研究甘肃省高台县气候变化对小麦(Triticum aestivum L.)产量的影响,对该地区50 a的气象因素变化进行了分析,并且利用Aqua Crop作物模型模拟不同年份小麦的生产潜力。结果表明,年平均气温、年平均最高气温、年平均最低温度均呈增长趋势,增长幅度为0.021 5、0.012 4、0.014 5℃/a,总降雨量也呈增长趋势,增长幅度为0.220 2 mm/a,而日照时间呈降低趋势,降低幅度为1.328 8 h/a,并拟合得到了相应的线性趋势公式。该地区小麦生产潜力较低,平均模拟产量为5 807.5 kg/hm~2,不同年份间小麦产量差异极显著,并且从气候变化因素分析了该地区小麦产量变化的原因。     

作物生产潜力研究现状与趋势

文章介绍了作物生产潜力的概念、研究历史、发展现状及一些常用的生产潜力估算方法,并认为作物动态生长模型与3S的结合将成为研究作物生产潜力的发展方向。